[發明專利]一種合成孔徑雷達的分布式后向投影成像方法

有效

• 申請號: 201910216894.0
• 申請日: 2019-03-21
• 公開（公告）號: CN109901164B
• 公開（公告）日: 2022-09-13
• 發明（設計）人: 廖可非;李長樹;歐陽繕;蔣俊正;劉揚;徐俊輝
• 申請（專利權）人: 桂林電子科技大學
• 主分類號: G01S13/90
• 分類號: G01S13/90
• 代理公司: 桂林市華杰專利商標事務所有限責任公司 45112
• 代理人: 覃永峰

本發明公開了一種合成孔徑雷達的分布式后向投影成像方法，涉及合成孔徑雷達大場景成像領域，解決的技術問題是如何實現SAR的大場景高分辨率高精度成像和降低成像時延，包括如下步驟：獲得散射點回波數據，對回波數據進行距離壓縮處理后添加對應虛擬陣元的位置信息；進行分布式BP算法的Map階段；進行分布式BP算法的Reduce階段，獲得成像數據。本發明可實現SAR的大場景高分辨率高精度成像并降低成像時延。

技術領域

本發明涉及合成孔徑雷達大場景成像領域，尤其涉及一種合成孔徑雷達的分布式后向投影成像方法。

背景技術

合成孔徑雷達(Synthetic Aperture Radar，SAR)是一種全天時、全天候、信息量豐富的遙感成像技術，其出色的空對地探測能力使其成為了軍事防御、目標偵察、地形成像、自然災害監測和國土資源勘探等領域的重要技術手段。隨著SAR技術的不斷發展和應用場景的復雜化，實現大場景成像和獲得更多的場景細節信息已經成為了迫切的需求。但是，如何實現SAR的大場景高分辨率高精度成像和降低成像時延是目前面臨的關鍵問題。

在SAR的成像算法中，后向投影(Back Projection，BP)算法適合應用于復雜運動下的大場景高分辨率高精度成像。但是，BP算法的算法復雜度高，成像時延長，限制了其在實際中的進一步應用。因此，國內外學者提出了基于圖形處理器GPU(Graphics ProcessingUnit，GPU)的SAR后向投影算法，借助GPU大量的算術邏輯單元和并行編程模型，實現BP算法的快速計算。但是，使用GPU加速BP算法計算也存在以下兩個問題：一個是現有GPU顯存不足，提升顯存的技術要求極高，所以無法完成海量目標回波數據的計算；最重要的是，基于GPU的數據計算平臺的計算能力擴展性不足，提高計算能力只能通過擴展GPU的數量，但是一般服務器GPU擴展十分有限，并且組建超級計算機的成本十分昂貴。因此，BP算法的深化應用受到了很大的限制。

近年來，隨著計算機技術和網絡技術的飛速發展，分布式計算在需要巨大計算能力的場景中得到了實踐和應用。其主要的思想是將需要巨大運算量的問題劃分成若干個小的計算任務，讓不同的計算機并行去處理劃分出的子任務，最后將計算結果聚合起來完成復雜任務的計算，達到大大減少計算時間，提高計算效率的效果，并且計算機數量可以任意添加，集群(集群是指若干臺獨立的物理計算機通過網絡連接組成的分布式計算平臺)的計算能力可以無限擴展。因此，將分布式計算應用于SAR的BP算法計算是一個解決大場景高分辨率高精度快速成像的重要手段。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明所解決的技術問題是如何實現SAR的大場景高分辨率高精度成像和降低成像時延。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是一種合成孔徑雷達的分布式后向投影成像方法，應用Hadoop分布式計算平臺中的MapReduce分布式計算模型，將經過距離壓縮后的目標回波數據劃分成若干個數據塊，使用不同的計算執行單元并行處理劃分后的數據塊，最后將各個數據塊的處理結果按指定方式聚合起來，完成SAR的后向投影算法快速計算，包括如下步驟：

(一)獲得散射點回波數據，對回波數據進行距離壓縮處理，具體過程如下：

(1)初始化系統參數，對三維成像場景建立三維直角坐標系，并劃分網格，x軸的網格點數為X，y軸的網格點數為Y，z軸的網格點數為Z；一個負責信號發射和接收的實陣元運動形成一個虛擬二維陣列，虛擬二維陣列大小為N_r×N_c，N_r表示虛擬二維陣列的行數，N_c表示虛擬二維陣列的列數；

(2)實陣元在每個虛擬陣元位置分別發射雷達寬帶信號，并接收目標的回波信號；然后，對所有虛擬陣元位置的回波信號進行數字采樣，形成目標回波數據矩陣，記為M，行數為N_r×N_c，列數為N，N表示寬帶回波信號采樣點數；